ALLA SCOPERTA DEL TIRANNO

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1 Tutto ciò che esiste nell universo è frutto del caso e della necessità. Democrito ALLA SCOPERTA DEL TIRANNO Mendel formula le leggi dell ereditarietà. GLI ANTEFATTI Miescher scopre il DNA a Tubinga. Lo denomina nucleina. Vengono identificati i cromosomi. (Un libraio di Lipsia, W. Hofmeister, aveva compiuto delle osservazioni microscopiche di corpicciuoli intranucleari già nel 1848) Walter Flemming osserva che, prima della divisione cellulare, ciascun cromosoma si duplica per formare due cromosomi identici a quello originario, raddoppiando, quindi, il numero dei cromosomi nucleari. Poi, nel corso della divisione nucleare, ciascuno dei due nuclei figli riceve uno dei due cromosomi così formatisi (mitosi). Risultato: il corredo cromosomico delle cellule figlie è quindi, di solito, identico a quello delle cellule parentali Weissmann distingue le cellule somatiche da quelle germinali e ipotizza il dimezzamento del numero dei cromosomi durante la formazione delle cellule germinali Le leggi di Mendel vengono riscoperte da De Vries, Correns e Tschermack Walter Sutton, alla Stazione Zoologica di Napoli, dimostra che il numero di cromosomi in una specie si mantiene costante di generazione in generazione. Ipotizza che l informazione ereditaria sia contenuta nei cromosomi Morgan ipotizza che l informazione ereditaria risieda fisicamente su unità, paragonabili alle perle di una collana, disposte lungo il cromosoma. Queste formazioni costituiscono ciascuna un unità genetica di base. I cromosomi costituiscono sequenze di materiale ereditario Johannsen denomina geni i fattori ereditari. Nota. Nelle piante superiori e negli animali, ogni tipo specifico di cromosoma è normalmente presente in due copie (alleli) provenienti una dal genitore maschio e una dal genitore femmina (cromosomi omologhi, stato diploide). Durante la mitosi i cromosomi della cellula madre si duplicano e si distribuiscono alle cellule figlie, che ne conservano inalterato il numero. Un eccezione al processo della mitosi si verifica nelle cellule sessuali. Al termine delle due divisioni cellulari (meiosi) che producono uova e spermatozoi, il numero dei cromosomi risulta dimezzato in quanto ciascuna delle cellule sessuali (gameti) riceve, in modo casuale, solo uno dei due cromosomi omologhi parentali (stato aploide). Al momento della fecondazione si ricostituiscono le coppie di cromosomi omologhi materni e paterni. 1

2 1915. Morgan, Muller ecc. dimostrano che l intero campo dell ereditarietà mendeliana può essere interpretato analizzando il comportamento dei cromosomi Muller dimostra che i raggi X sono mutageni. Apre lo studio delle proprietà dei geni mediante l induzione di mutazioni sperimentali Beadle e Tatum avanzano l ipotesi che ogni gene abbia come azione primaria la produzione o il controllo di una proteina. Funzioni delle proteine Il ruolo svolto da una proteina entro un organismo può essere molteplice. Es.: la miosina dei muscoli unisce alla funzione meccanica quella enzimatica. L emoglobina dei Vertebrati ha come ufficio fondamentale quello del trasporto di ossigeno. Molte proteine delle membrane plasmatiche uniscono a funzioni protettive quelle di trasporto di macromolecole. Sono strutture proteiche gli anticorpi, molte tossine dei veleni dei serpenti, l insulina. Sono proteine fondamentali gli enzimi. Proteine strutturali Funzioni di sostegno o meccaniche; materiali da costruzione della fabbrica cellulare (di solito proteine filamentose). Es. fibroina della seta; cheratina delle unghie, dei capelli, della lana. Proteine enzimatiche e loro significato Funzioni enzimatiche; catalizzano e controllano le miriadi di reazioni simultanee che si svolgono all interno della cellula (sono di solito proteine globulari). Gli enzimi sono catalizzatori biologici. Aumentano perciò enormemente la velocità di specifiche reazioni biochimiche che, in assenza di essi, in pratica non potrebbero avvenire. Ciò accade in quanto gli enzimi si legano provvisoriamente con i composti (substrato) che devono reagire. Es. Struttura delle proteine Possiamo dire che gli amminoacidi costituiscono i mattoncini che, assemblati in catene (sequenza), formeranno le proteine Tutte le nostre proteine sono costituite da solo 20 diversi tipi di amminoacidi; le molecole delle proteine si possono paragonare grossolanamente alle parole del nostro vocabolario che sono formate utilizzando le 21 lettere dell alfabeto 2

3 I 20 AMMINOACIDI Ala Alanina Gly Glicina Met Metionina Ser Serina Cys Cisteina His Istidina Asn Asparagina Thr Treonina Asp Acido aspartico Ile Isoleucina Pro Prolina Val Valina Glu Acido glutammico Lys Lisina Gln Glutammina Trp Triptofano Phe Fenilalanina Leu Leucina Arg Arginina Tyr Tirosina Una sequenza di amminoacidi, a esempio come questa: Gly Ala Met Val Tyr - ecc è un polipeptide (catena più o meno lunga di amminoacidi). Le proteine sono polipeptidi generalmente molto lunghi e con un organizzazione anche molto complessa Le fabbriche cellulari di proteine sono i ribosomi, minuscoli organuli cellulari. Struttura delle proteine: primaria, secondaria, terziaria, quaternaria. Struttura primaria = sequenza degli amminoacidi ( Trp-Arg-Ile-Gly Ala Met Val Tyr- ecc) Ciò che un organismo è (a qualunque regno, classe, genere o specie appartenga), è funzione esclusiva del suo corredo proteico, e, in particolar modo, di quello enzimatico. Ma il corredo proteico dipende essenzialmente dalla varia sequenza di amminoacidi (venti tipi diversi) lungo le catene (struttura primaria) per formare le varie proteine. Si pone evidentemente la questione fondamentale: che cosa determina il corretto montaggio delle migliaia di proteine che 3

4 vengono prodotte continuamente nelle cellule? Come può un minuscolo uovo fecondato (all inizio unica cellula) crescere, svilupparsi e trasformarsi in un essere completo (protozoo, vegetale o uomo che esso sia)? Dove si trova il programma per l assemblaggio delle proteine a partire dagli amminoacidi? DIMOSTRAZIONE CHE L ISTRUZIONE PER LA SINTESI DELLE PROTEINE È CONTENUTA NEL DNA Avery, Mc Leod e Mc Carthy dimostrano che il materiale ereditario è costituito da DNA. Studiando i batteri (Diplococcus pneumoniae) che causano la polmonite emerse, in maniera completamente inattesa, che il DNA poteva essere la molecola genetica chiave. Già nel 1928 il microbiologo inglese Frederick Griffith fece la sorprendente osservazione che tipi non virulenti (innocui) di questi batteri diventavano virulenti (causando la polmonite lobare) se mischiati con le loro controparti virulente uccise col calore. Utilizzando i discendenti dei tipi virulenti così creati per trasformare ancora altri batteri non virulenti, si dimostrò che tali trasformazioni, dalla non virulenza alla virulenza, rappresentavano cambiamenti ereditari. Si determinò così la possibilità che i componenti genetici di cellule patogene uccise col calore non fossero danneggiati e, liberati in qualche modo dalle cellule uccise, potessero attraversare la parete cellulare delle cellule ospiti vive e successivamente ricombinarsi con l apparato genetico della cellula ospite. Negli anni successivi all osservazione originale di Griffith, si trovò che estratti di batteri virulenti uccisi erano in grado di indurre trasformazioni ereditarie nei non virulenti, e poté così iniziare una ricerca per l identità chimica dell agente trasformante. A quel tempo, la maggior parte dei biochimici riteneva ancora che i geni fossero proteine. Fu perciò un enorme sorpresa quando nel 1944, dopo circa 10 anni di ricerca, il microbiologo americano Oswald T. Avery e i suoi colleghi Colin M. Mac Leod e Maclyn McCarty, al Rockfeller Institute di New York, diedero l annuncio clamoroso che il principio attivo era il DNA. Sebbene i risultati della trasformazione fossero chiari, vi fu inizialmente un grosso scetticismo riguardo alla loro applicabilità generale; molti scienziati interessati alla questione, se non tutti, avevano il dubbio che tali risultati si sarebbero rivelati importanti solamente per certi tipi di batteri. Ma questa scoperta fu la chiave che aprì la porta della genetica molecolare e segnò l inizio dell attuale rivoluzione in biologia. La straordinaria rilevanza della scoperta di Avery fu quindi apprezzata solo gradualmente, quando si rilevò che il DNA, localizzato quasi esclusivamente nel nucleo, non si trovava quasi mai dove non vi erano cromosomi rilevabili. Quindi il DNA è localizzato nei cromosomi: ciò portò a concludere che non vi era motivo di assegnare alcun ruolo genetico alle molecole proteiche e che i geni erano costituiti da DNA Tatum e Lederberg dimostrano che i batteri possono scambiarsi geni Hershey e Chase dimostrano che alcuni virus sono costituiti da DNA, che rappresenta l unico materiale infettante. 4

5 1953. Wilkins, Watson e Crick propongono il modello a doppia elica per la struttura del DNA. Il 25 aprile del 1953 rappresenta quindi una delle date cruciali per l umanità: quella della pubblicazione, da parte di J. D. Watson e F. H. C. Crick, del lavoro sull ipotesi strutturale (poi rivelatasi fondata) della molecola ordinatrice degli amminoacidi per formare le molecole proteiche. Gli autori ottennero per questo, insieme a M. H. F. Wilkins, il Nobel nel L immensa quantità di istruzioni necessarie per formare un organismo vivente completo (batterio, filo d erba, farfalla, uomo) si trova inscritta, a livello molecolare, in un lungo filamento macromolecolare semplice ed elegante, supporto universale grazie al quale tutti gli esseri viventi senza eccezione trasmettono i caratteri individuali di generazione in generazione: questa molecola è il DNA (acido desossiribonucleico) Kornberg sintetizza una molecola di DNA Jacob e Monod stabiliscono che alcuni geni determinano la produzione di proteine, altri regolano l azione dei geni stessi Viene completata la decifrazione del codice con il quale sono archiviate nel DNA le istruzioni per la sintesi delle proteine. Si constata che questo codice è uguale in tutti i viventi, dai batteri all uomo. 1983: sul cromosoma 4 dell uomo viene identificato per la prima volta un gene collegato a una malattia, la corea di Huntington. Viene realizzata la P C R (tecnica di moltiplicazione del DNA) da parte di Kary Mullis. 1987: viene realizzata la prima mappa genetica dei cromosomi umani. 1990: inizia l impresa scientifica pubblica internazionale Progetto Genoma Umano (HGP). Obbiettivo: mappatura molecolare del genoma umano, identificando la sequenza degli oltre tre miliardi di coppie di basi azotate che lo compongono. 1996: il Saccharomyces cerevisiae è il primo organismo eucariota di cui viene sequenziato l intero genoma. Circa un terzo dei suoi geni risulta correlato a geni umani. Progetto genoma. Sequenziamento del genoma umano. Consorzio pubblico statunitense (NHRI: progetto genoma umano HGP) di Bethesda, coordinato da Francis Collins. Impresa commerciale Celera Genomics di Rockville (MA) diretta da J. Craig Venter. Cronologia della ricerca: 1999: la Celera di Venter avvia un progetto indipendente di sequenziamento del genoma umano. A dicembre i ricercatori del Progetto Genoma annunciano di aver terminato il primo sequenziamento di un cromosoma umano, il numero : il 26 giugno HGP e Celera annunciano in contemporanea di aver realizzato oltre il 90% del sequenziamento, pubblicando le ricerche nel : viene pubblicata dal Consorzio Internazionale per il sequenziamento del genoma del topo la sequenza quasi completa del genoma del topo. 2,5 miliardi di coppie di basi e un numero di geni quasi identico a quello umano, stimato tra i e i Due gruppi di ricerca sequenziano i genomi di due varietà di riso. 2003: termina il Progetto Genoma Umano (HGP). La sequenza finale copre il 99% del genoma umano ed è accurata al 99,99%. 5

6 E poi: 2004: sequenziamento del genoma dello scimpanzé. 2005: l International HapMap Consortium, una collaborazione internazionale nata nel 2003, pubblica il primo catalogo delle variazioni genomiche nelle popolazioni umane. 2006: negli Stati Uniti (istituti pubblici) viene avviato il Cancer Genome Atlas Project per identificare tutti i gruppi di geni associati a varie forme di tumore. 2007: il gruppo internazionale di ricerca Tumor Sequencing Project annuncia la realizzazione della prima mappa sistematica delle alterazioni genetiche legate al cancro del polmone. COME SI REPLICA E SI PERPETUA IL DNA? Come si vede da questa figura, il DNA si replica formando catene nuove e prendendo a stampo quelle vecchie. Qui ci interessa osservare un fatto: tutte quei nomi che terminano in asi sono enzimi, cioè proteine. Quindi il DNA per replicarsi deve poter disporre di proteine. 6

7 MA COME AVVIENE LA SINTESI DELLE PROTEINE? Nella fase di trascrizione la doppia elica di una porzione di DNA viene dapprima svolta a opera di un enzima poi, a opera di un altro enzima sullo stampo di un a catena di DNA si costruisce l RNA messaggero (trascrizione) MESSAGGERO 7

8 A U G U C C A A C U C G Questo RNA messaggero sarà una sorta di impronta in negativo del gene da cui si è originato RNA MESSAGGERO La fase di traduzione ha inizio quando l RNA messaggero si attacca al ribosoma e comincia a scorrere portando l istruzione per unire in sequenza i vari amminoacidi secondo quanto riportato nell istruzione stessa. Qui si vedono due amminoacidi (Al = alanina e Val = valina) che vengono portati, da altre molecole di RNA dette di trasferimento, alla stazione di montaggio delle proteine (ribosoma). Val Ala C A U C G A G C U C A A C C U G U A Per tutti gli amminoacidi che compongono la proteina in questione avviene la stessa cosa, fino a che tutto l RNA messaggero per quella proteina non è stato tradotto e la struttura primaria proteica non è costruita. NB. Perché tutto questo lavorìo si compia occorre l intervento di enzimi, cioè di proteine! E ALLORA Per la lettura, la decodificazione, il funzionamento della macchina genetica a DNA e a RNA nella produzione delle proteine occorrono gli enzimi (proteine): senza di essi il DNA non può essere duplicato, il codice scritto nel DNA non può essere decodificato, le proteine non possono essere 8

9 sintetizzate ecc. Ma se le proteine non possono essere sintetizzate senza gli acidi nucleici DNA e RNA, e se questi ultimi non possono in pratica esistere senza gli enzimi (proteine), come stanno le cose? Chi è nato prima, l uovo o? CHI È IL TIRANNO??? IL TIRANNO Un biologo contemporaneo, nella prefazione al suo libro il gene egoista, afferma: Questo libro dovrebbe essere letto come se fosse fantascienza. È organizzato in modo da colpire l'immaginazione. Ma non è fantascienza: è scienza: noi siamo macchine di sopravvivenza - veicoli robot programmati ciecamente per preservare le molecole egoiste note come "geni". Questa è una verità che ancora oggi mi riempie di stupore. Sebbene io la conosca ormai da anni, non riesco mai davvero ad abituarmici. Una delle mie speranze con questo libro è di riuscire a stupire anche qualcun altro. Ecco scoperto il tiranno; è il DNA, organizzato nei geni, che si perpetua replicandosi egoisticamente per mezzo delle macchine robot costituite da tutti gli esseri viventi, uomo incluso! Ma allora il DNA, strutturato nelle molecole dei geni egoisti, rappresenta la vera essenza immortale presente nel nostro mondo? E il mondo dei viventi, di conseguenza, è immerso in una sorta di egoismo universale? Fortunatamente però l'uomo, inteso come Umanità, ha l'intelligenza, la razionalità e il libero arbitrio. Può dunque opporsi al suo padrone, combattere, svincolarsi, concepire e vivere forme di altruismo volontario, genuino e disinteressato. Ha il potere di andare contro i suoi geni egoisti e addirittura discutere modi di coltivare deliberatamente l'altruismo disinteressato e puro, qualcosa che non trova posto in natura, qualcosa che non è mai esistito nell'intera storia del mondo. Siamo stati costruiti come macchine dei geni, ma abbiamo il potere di ribellarci ai nostri creatori. Noi, unici sulla terra, possiamo ribellarci alla tirannia dei replicatori egoisti. Nella nostra consapevolezza, possiamo ribellarci al tiranno, al monarca, al DNA, ai geni che dominano e assoggettano tutto il mondo dei viventi. Dobbiamo sciogliere un appassionato inno all intelligenza, alla fantasia e alla volontà umane: un appello accorato al valore profondo della nostra umanità, un invito a restare vigili e partecipi, ad accettare la nostra natura animale senza tradire, allo stesso tempo, il nostro ruolo di consapevoli attori nel grandioso spettacolo della storia naturale. L uomo, speciale macchina di sopravvivenza del DNA, unica tra tutti i viventi, può ribellarsi e piegare il mondo dei geni alle sue necessità. Ma fino a quando?... Potremmo terminare in questo modo la nostra bislacca chiacchierata, e che ciascuno di noi ne dia il giudizio che merita: C è un monarca; è un monarca assoluto che non tollera intromissioni nelle sue volontà da parte di chicchessia. Il suo unico scopo è stato, ed è, quello di perpetuare la sua esistenza negli anni, nei secoli, nei millenni, nei millenni dei millenni e ancora, attraverso gli abissi del tempo. E vecchio di miliardi di anni e ha perciò avuto a disposizione una vita lunghissima per cambiare di aspetto, adattarsi, migliorarsi, perfezionarsi, sempre affidandosi a ciò che il caso gli proponeva e che egli tramutava in necessità ogni volta che ne valeva la pena. E vecchio di miliardi di anni e ha perciò avuto a disposizione una vita lunghissima, sempre affidandosi a ciò che il caso gli proponeva e che egli tramutava in necessità ogni volta che ne valeva la pena, provando e riprovando, affinando, sbagliando, ricominciando da capo, per dotarsi di una formidabile schiera di servi soggiogati alla sua ferrea volontà e destinati a lavorare unicamente per perpetuarne la stirpe. 9

10 Via via che il tempo passava i suoi servi divenivano sempre più vari, complessi, sofisticati, numerosi; mai però che potessero, non solo lontanamente ardire di ribellarsi al monarca, ma anche tentare di comprenderne la natura. E così, procedendo secondo caso e necessità, il monarca si andava facendo sempre più variegato e potente e sempre più ricco, con miliardi e miliardi di servi tutti dedicati alla sua perpetuazione. Giunse però il tempo in cui, alla fine, un servo riuscì a compiere un grande balzo cognitivo e a osservare e cercare di comprendere ciò che stava intorno a sé. Si sentì potente; convinto che tutto ciò che lo circondava, vivente o non, finito o forse infinito, fosse stato creato per lui, che giganteggiava al centro di quella che chiamò Natura. Poi cominciò ad avvertire che quella Natura non era affatto lì per lui, gli era completamente estranea e indifferente e, talvolta, apparentemente ostile. Concepì e costruì rifugi trascendenti nei quali cercò disperatamente di ristabilire il sacro patto che lo legava alla Natura. E, infine, si sentì solo, perduto ai margini di un Universo del quale non vedeva la fine, privo di scopi e di certezze, inutile nella sua portentosa capacità intellettiva. Quindi intuì che esisteva il monarca ed ebbe l insolenza di indagare sulla sua natura. E all improvviso tutto gli fu chiaro. Contro quella formidabile potenza non c era modo di combattere, non esisteva alcuna possibilità di vittoria; ma esisteva un onorevole via d uscita, una ritirata con l onore delle armi: l affermazione della propria identità nella conoscenza! Il servo insolente comincia a penetrare nei segreti più reconditi del suo monarca, lo studia, lo seziona, lo mette a nudo, lo provoca e trova finalmente, nella comprensione della propria profonda ed estrema contingenza, la ragion d essere e la felicità. Ora conosce l inutilità di ogni sforzo teso a inserire in uno schema trascendente il fine della sua esistenza e non si sente più zingaro abbandonato in un Universo ostile. E in questa consapevolezza costruisce il suo riscatto e il suo scopo: di vivere, di creare, di amare, di soffrire, di ridere, di piangere, di conoscere, di morire. Nella sottomissione al potente monarca, nella comprensione della propria finitezza e nell affermazione della propria meravigliosa creatività, emerge dalle Tenebre della disperazione nella luce e nel Regno della conoscenza. Noi stiamo dalla parte del servo insolente! 10

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